RU1781800C

RU1781800C - Low-frequency ac voltage "to" dc voltage converter

Info

Publication number: RU1781800C
Application number: SU914919947A
Authority: RU
Inventors: Александр Алексеевич Васильевский; Владимир Федорович Голиков; Сергей Иванович Коновалов; Андрей Николаевич Малашин; Валентин Алексеевич Постников
Original assignee: Минское Высшее Инженерное Зенитное Ракетное Училище Противовоздушной Обороны
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1991-03-19
Publication date: 1992-12-15

Description

Фиг.1Figure 1

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в качестве преобразовател переменного напр жени низкой частоты в посто нное напр жение при построении источников вторичного электропитани различного назначени .The invention relates to electrical engineering and can be used as a converter of alternating voltage of a low frequency to a constant voltage for the construction of secondary power supplies for various purposes.

Известны преобразователи переменного напр жени в посто нное, содержащие входной выпр митель и канал преобразовани , состо щий из последовательно соединенных инвертора повышенной частоты с силовым трансформатором, выходного выпр мител изглаживающего фильтра, а также блок управлени инвертором повышенной частоты.AC to DC converters are known, comprising an input rectifier and a conversion channel consisting of a series-connected inverter of high frequency with a power transformer, an output rectifier of a smoothing filter, and also a control unit for an inverter of high frequency.

К недостаткам таких устройств следует отнести сравнительно низкое качество мас- согабаритных показателей и динамических характеристик, так как они завис т от степени приближени огибающей выпр мленного напр жени к пр моугольной форме, котора определ етс как количеством отводов первичной обмотки силового трансформатора (а также ключевых элементов дл их переключени ), так и длительностью переднего и заднего фронтов, В идеальном случае в известном преобразователе можно получить выпр мленное напр жение с формой равнобедренной трапеции, боковыми сторонами которой вл ютс отрезки синусоиды . В спектре напр жени такой формы гармоника удвоенной частоты входного напр жени имеет значительную амплитуду, что приводит к сравнительно большим массе и габаритам сглаживающего фильтра.The disadvantages of such devices include the relatively low quality of overall dimensions and dynamic characteristics, since they depend on the degree of approximation of the envelope of the rectified voltage to the rectangular shape, which is defined as the number of taps of the primary winding of the power transformer (as well as key elements for their switching), as well as the duration of the leading and trailing edges. In the ideal case, in the known converter, it is possible to obtain a rectified voltage with the shape of an isosceles t a rape whose sides are segments of a sinusoid. In the voltage spectrum of this form, the doubled frequency harmonic of the input voltage has a significant amplitude, which leads to a relatively large mass and dimensions of the smoothing filter.

Известен преобразователь переменного напр жени в посто нное, содержащий в одном канале однополупериодный выпр митель , а в другой - высокочастотные преобразователь и выпр митель, причем оба канала подключены к выходному сглаживающему фильтру.A DC to DC converter is known, comprising a half-wave rectifier in one channel and a high-frequency converter and a rectifier in the other, both channels being connected to an output smoothing filter.

Недостаток известного устройства - низкое качество массогабаритных показателей и динамических характеристик, так как в спектре выпр мленного напр жени присутствуют низкочастотные составл ющие значительной амплитуды.A disadvantage of the known device is the low quality of overall dimensions and dynamic characteristics, since low-frequency components of significant amplitude are present in the spectrum of the rectified voltage.

Наиболее близким к предлагаемому устройству вл етс преобразователь переменного напр жени низкой частоты в посто нное напр жение, содержащий входной выпр митель и канал преобразовани , состо щий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты на ключевых элементах с силовым трансформатором , выходного выпр мител и сглаживающего фильтра. Кроме того, в преобразователе есть вольтодобавочный канал, посредством сглаживающего фильтра которого, выход входного выпр мител соединен с управл емым генератором на ключевых элементах с трансформатором напр жени . Блок управлени служит дл формировани и распределени сигналов управлени ключевыми элементами либо по величине напр жени на нагрузке, либо по командам от внешнего устройства.Closest to the proposed device is a low-frequency to direct-voltage alternating-voltage converter comprising an input rectifier and a conversion channel, consisting of a series of inverted-frequency inverters on key elements with a power transformer, an output rectifier and a smoothing filter. In addition, the converter has a booster channel, by means of a smoothing filter which, the output of the input rectifier is connected to a controlled generator on key elements with a voltage transformer. The control unit serves to generate and distribute control signals for key elements either by the magnitude of the voltage across the load or by commands from an external device.

Недостатками такого устройства вл 0 ютс низкое качество массогабаритных показателей и динамических характеристик из-за наличи в спектре выпр мленного напр жени значительных по амплитуде гармоник на частотах 4fDx и 8твх, где fax 5 частота входного переменного напр жени . Насто щее изобретение направлено на решение задачи улучшени массогабаритных показателей и динамических характеристик преобразовател переменногоThe disadvantages of such a device are the low quality of the overall dimensions and dynamic characteristics due to the presence in the spectrum of the rectified voltage of significant harmonics in amplitude at frequencies 4fDx and 8tv, where fax 5 is the frequency of the input alternating voltage. The present invention is directed to solving the problem of improving the overall dimensions and dynamic characteristics of an AC converter

0 напр жени низкой частоты в посто нное напр жение при сохранении показателей качества выходного напр жени такими же,4 как и в схеме прототипа.0 low-frequency voltage to a constant voltage while maintaining the quality indicators of the output voltage the same, 4 as in the prototype circuit.

Решение поставленной задачи достига5 етс тем, что в известное устройство, содержащее входной выпр митель, входом соединенный с входными выводами дл подключени источника переменного напр жени , включенное между входными иThe solution of this problem is achieved by the fact that in a known device containing an input rectifier, connected in input to input terminals for connecting an AC voltage source, connected between input and

0 выходными выводами дл подключени нагрузки , канал преобразовани , состо щий из последовательно соединенных инвертора повышенной частоты с силовым трансформатором , выходного выпр мител и0 output terminals for connecting the load, a conversion channel consisting of series-connected high frequency inverters with a power transformer, an output rectifier and

5 сглаживающего фильтра, вольтодобавочный канал, подключенный к выходу входного выпр мител и состо щий из последовательно соединенных дополнительного сглаживающего фильтра и управ0 л емого генератора с трансформатором напр жени и блок управлени ключевыми элементами, причем, управл емый генератор выполнен на ключевых элементах, соединенных попарно последовательно,5 smoothing filter, booster channel connected to the output of the input rectifier and consisting of a series-connected additional smoothing filter and a controlled generator with a voltage transformer and a control unit for key elements, moreover, the controlled generator is made on key elements connected in pairs in series ,

5 образу цепочки, включенные параллельно, вторична обмотка трансформатора напр жени включена последовательно в цепь первичной обмотки силового трансформатора инвертора, а первична обмотка транс0 форматора напр жени подключена к общим точкам соединени ключевых элементов соответствующих цепочек управл емого генератора, первична обмотка указанного трансформатора напр жени 5 in the image of a circuit connected in parallel, the secondary winding of the voltage transformer is connected in series to the primary winding of the power transformer of the inverter, and the primary winding of the transformer of the voltage transformer is connected to common points of connection of key elements of the corresponding chains of the controlled generator, the primary winding of the specified voltage transformer

5 выполнена с отпайкой и введен дополнительный ключевой элемент с двухсторонней проводимостью, включенный между указанной отпайкой и общей точкой соединени ключевых элементов соответствующей цепочки управл емого генератора.5 is made with soldering and an additional key element with two-side conductivity is inserted, included between the specified soldering and the common connection point of key elements of the corresponding chain of the controlled generator.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретени , выражаетс в улучшении массога- баритных показателей на 10-15%, динамических характеристик - на 20-40%, в зависимости от мощности устройства, при сохранении показателей качества выходного напр жени преобразовател такими же, как и в схеме прототипа.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is expressed in the improvement of mass and size indicators by 10-15%, dynamic characteristics - by 20-40%, depending on the power of the device, while maintaining the quality indicators of the output voltage of the converter the same. as in the prototype scheme.

На фиг.1 представлена электрическа схема преобразовател переменного напр жени низкой частоты в посто нное на- пр жение; на фиг.2 представлены временные диаграммы работы преобразовател ; на фиг.З представлены временные диаграммы работы преобразовател при повышенной частоте модул ции.Fig. 1 is an electrical diagram of a low frequency to DC voltage converter; figure 2 presents the timing diagrams of the operation of the Converter; Fig. 3 shows the timing diagrams of the operation of the converter at an increased modulation frequency.

Согласно фиг.1 устройство содержит входной выпр митель 1 канал преобразовани , состо щий из соединенных последо- вательно инвертора повышенной частоты на ключевых элементах с двухсторонней проводимостью 2-5 с силовым трансформатором б, выходного выпр мител на диодах 7 и сглаживающего фильтра на дросселе 8 и конденсаторе 9, вольтодобавочный канал, посредством сглаживающего фильтра 11 которого , выход входного выпр мител 1 соединен с управл емым генератором на ключевых элементах 12-15странсформато- ром напр жени 16, блок управлени ключевыми элементами 17. Дополнительный ключевой элемент с двухсторонней проводимостью 18 включен между отпайкой первичной обмотки трансформатора 16 и общей точкой соединени ключевых элементов 12 и 13.According to Fig. 1, the device contains an input rectifier 1 conversion channel, consisting of a series of inverters of increased frequency on key elements with two-sided conductivity 2-5 with power transformer b, output rectifier on diodes 7 and a smoothing filter on inductor 8 and a capacitor 9, a booster channel, by means of a smoothing filter 11 of which, the output of the input rectifier 1 is connected to a controlled generator on key elements 12-15 by a voltage transformer 16, the key control unit elements 17. An additional key element with two-sided conductivity 18 is connected between the soldering of the primary winding of the transformer 16 and the common connection point of the key elements 12 and 13.

Преобразователь работает следующим образом,The converter works as follows,

При подключении источника перемен- ного напр жени UBX с частотой fDx к входным выводам и поочередном включении элементов 2,5 и 3.4 на выходе инвертора формируетс высокочастотное напр жение Ом1 с частотой fM (фиг 2) Одновременно на- пр жение UBX выпр мл етс выпр мителем 1, сглаживаетс фильтром 11 и преобразуетс генератором на элементах 12-15, 18 в пр моугольное напр жение UM2 1 с частотой fw- Управление ключевым элементом 18 осу- ществл етс от блока управлени 17 импульсным напр жением Uynp таким образом , что на интервалах 0-1 4-5,5-6,9-10 и т.д ключевой элемент 18 замкнут, а на остальных временных интервалах разо- мкнут, В результате такого управлени на выходной обмотке трансформатора 16 формируетс напр жение UM22 которое вл етс вольтодобэвкой к напр жению UML Напр жение Км на выходе трансформатораWhen a variable voltage source UBX with frequency fDx is connected to the input terminals and the elements 2.5 and 3.4 are switched on alternately, a high-frequency voltage Ohm1 with frequency fM is generated at the inverter output (Fig. 2). At the same time, the voltage UBX is rectified by the rectifier 1, is smoothed by the filter 11 and converted by the generator on elements 12-15, 18 into a rectangular voltage UM2 1 with a frequency fw- The key element 18 is controlled from the control unit 17 of the pulse voltage Uynp in such a way that at intervals 0- 1 4-5.5-6.9-10 etc key element 18 is closed, while the remaining timeslots razo- mknut, a result of such control of the transformer 16 is formed by winding the output voltage which is UM22 voltodobevkoy to voltage UML The voltage at the transformer output Km

6 представл ет собой алгебраическое суммирование напр жений UM1 и UM2 2 с соответствующим коэффициентом трансформации трансформатора б. Коэффициенты трансформации понижающего трансформатора 16 составл ют: в режиме замкнутого ключа 18 - 1,25, а в режиме разомкнутого ключа 18 - 5,32. При этом коэффициент пульсаций напр жени Ue будет минимальным . Дл преобразовател характерны три режима работы: большой вольтодобавки, малой вольтодобавки и закоротки. В режиме большой вольтодобавки посредством трансформатора 6 и трансформатора 16 происходит алгебраическое суммирование напр жений UM1 и UM2.2 при замкнутом ключе 18, а в режиме малой вольтодобавки - при разомкнутом ключе 18. Режим закоротки, когда напр жение вторичной обмотки трансформатора 16 равно нулю, обеспечиваетс при одновременном включении элементов 12, 14 или 13, 15. Таким образом, постановка дополнительного ключевого элемента позвол ет уменьшить коэффициент пульсаций напр жени Ue по сравнению со схемой прототипа и тем самым улучшить массогабаритные показатели выходного сглаживающего фильтра и устройства в целом. Кроме того, уменьшение требуемого коэффициента сглаживани выходного фильтра приводит к улучшению динамических характеристик преобразовател . На фиг 3 представлены временные ди- аграммы работы преобразовател при повышенной частоте модул ции fM. Форма напр жени Ue при этом не измен етс . Повыша частоту модул ции, можно уменьшить габариты и массу трансформаторов б и 16.6 is an algebraic summation of the voltages UM1 and UM2 2 with the corresponding transformer ratio b. The transformation ratios of the step-down transformer 16 are: in the closed key mode 18 - 1.25, and in the open key mode 18 - 5.32. In this case, the voltage ripple factor Ue will be minimal. The converter is characterized by three operating modes: large voltage boost, small voltage boost and short circuit. In the large voltage boost mode by means of the transformer 6 and the transformer 16, the voltages UM1 and UM2.2 are algebraically summed when the key is 18, and in the low voltage mode - when the key is open 18. The short-circuit mode, when the voltage of the secondary winding of the transformer 16 is zero, is ensured while turning on the elements 12, 14 or 13, 15. Thus, the setting of the additional key element allows to reduce the ripple voltage Ue in comparison with the prototype circuit and thereby improve m ssogabaritnye indicators output smoothing filter and the device as a whole. In addition, a decrease in the required smoothing coefficient of the output filter leads to an improvement in the dynamic characteristics of the converter. Figure 3 shows the time diagrams of the operation of the converter at an increased modulation frequency fM. The shape of the voltage Ue does not change. By increasing the modulation frequency, the dimensions and mass of transformers b and 16 can be reduced.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A low-frequency to direct current (AC) voltage converter comprising an input rectifier connected in input to an input terminal for connecting an AC voltage source connected between an input and output terminal for connecting a load, a conversion channel consisting of a series-connected inverter increased frequency with a power transformer, output rectifier and smoothing filter, boost circuit connected to the output of the input rectifier and consisting of an additional smoothing filter and a controlled generator with a voltage transformer connected in series, and a key element control unit, the controlled generator being made on key elements connected in pairs in series, forming a chain connected in parallel, the secondary winding of the voltage transformer is connected in series to the primary winding circuit of the inverter power transformer, and the primary winding of the voltage transformer is connected to common points of connection of the key elements of the corresponding chains of a controlled generator, characterized in that

that, in order to improve the overall dimensions and dynamic characteristics, the primary winding of the specified voltage transformer is soldered and an additional key element with two-side conductivity is inserted, which is connected between the specified solder and the common connection point of the key elements of the corresponding controlled generator circuit.

AVM2-2

FIG. 2.

/

10

X

/ Lz.